摘要：本文討論了基于CAN的現場總線如何使用光纖介質,及在使用光纖介質時存在的技術問題,以及解決這些問題的方法.在本文中主要說明了基于CAN的現場總線的速率與傳輸距離的關系,并提出了如何解決了高速率時長距離傳輸的技術瓶頸。 

       控制器局域網（CAN）為串行通訊協(xié)議，能有效地支持具有很圍很廣，從高速的網絡到低價位的多路接線都可以使用 CAN。但CAN總線的通信距離不僅受物理層(傳達室輸介質及物理特性)的約速,同時也受總線協(xié)議的約速,下面是常用的通信速率與傳輸距離的關系(摘自<<現場總線及其應用技術>>):

位速率(Kbps)  1000         500       250      125      100          50            20        10

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最大距離(米)      40          130        270        530     620       1300       3300     6700

      由上面可知,如果采用光纖介質,總線的傳輸距離也同時受上述條件的限制,那么,現在市場上有的CAN總線到光纖纖的介質轉換器宣稱自已能使CAN總線傳輸10KM,或20KM等等,實際上都是不完全的,且不說其實現的基理如何,單從傳輸距離上講,其條件是必須使用總線速率低于10Kbps.

下面是CAN2.0標準中的一些描述,說明了產生這些約速的原因:

仲裁（Arbitration）：
      只要總線空閑，任何單元都可以開始發(fā)送報文。如果 2 個或 2 個以上的單元同時開始傳送報文，那么就會有總線訪問沖突。通過使用識別符的位形式仲裁可以解決這個沖突。仲裁的機制確保信息和時間均不會損失。當具有相同識別符的數據幀和遠程幀同時初始化時，數據幀優(yōu)先于遠程幀。仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平而監(jiān)控視到一“顯性”電 ，那么該單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。 
 

安全性（Safety）：
     為了獲得最安全的數據發(fā)送，CAN 的每一個節(jié)點均采取了強有力的措施以進行錯誤檢測、錯誤標定及誤自檢。
 
錯誤檢測（Error Detection）：
 
為了檢測錯誤，必須采取以下措施：
-  監(jiān)視（發(fā)送器對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較）
-  循環(huán)冗余檢查
-  位填充
-  報文格式檢查
錯誤檢測的執(zhí)行（Performance of Error Detection）：
 
錯誤檢測的機制要具有以下的屬性：
-  檢測到所有的全局錯誤
-  檢測到發(fā)送器所有的局部錯誤
-  可以檢測到一報文里多達5個任意分布的錯誤
-  檢測到一報文里長度低于 15（位）的突發(fā)性錯誤
-  檢測到一報文里任一奇數個的錯誤
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對于沒有被檢測到的錯誤報文，其殘余的錯誤可能性概率低于：報文錯誤率* 4.7 * 10 。
錯誤標定和恢復時間（Error Sinalling and Recovery Time）：
      任何檢測到錯誤的節(jié)點會標志出已損壞的報文。此報文會失效并將自動地開始重新傳送。如果不再出新錯誤的話，從檢測到錯誤到下一報文的傳送開始為止，恢復時間最多為 29 個位的時間。

應答（Acknowledgment）：
     所有的接收器檢查報文的連貫性。對于連貫的報文，接收器應答；對于不連貫的報文，接收器作出標志。

      由于CAN總線的協(xié)議特點同時也是CAN總線的主要優(yōu)點是總線仲裁與傳輸的安全性(應答及錯誤處理來保證),總線的仲裁與應答機制對時間的要求決定了總線的傳輸距離同速率的關系.

基于上面的陳述,如果使用光纖傳輸CAN總線,那必須解決總線的這些基本問題:

1.如何在光纖中實現CAN協(xié)議的仲裁機制,光信號在光纖中只能單向傳輸(波分復用系統(tǒng)在一根光纖中雙向傳輸,但對于有效業(yè)務數據仍是單向的),而雙絞線的CAN信號是不分方向的,這種不分方向同時是一個穩(wěn)態(tài)的電平信號是實現仲裁的基礎,那么如果光纖系統(tǒng)中能實現CAN總線仲裁機制,必須實現光纖中雙向信息無延時的雙向同步傳輸,這是當前的信號流自動方向識別無法做到的,因為在仲裁過程中就不應當有信號的方向,而應是雙向同時才可以。

2.如何在高速的CAN總線中使用光纖(如果僅在低速網絡中使用光纖,必要性明顯就小了很多),